基于泰森多边形的无线光网络拓扑形成算法研究

摘要

无线光通信（Optical Wireless Communication，OWC）凭借其带宽大、速率高、安全性高等特点已经成为通信领域重要的研究热点之一。然而，随着终端的多样化、用户需求的增加以及网络规模的扩大，单纯的点对点 OWC通信已经不能满足大规模网络需求，因此OWC组网具有广阔的研究前景。
　　目前，国内外针对移动 OWC节点的高效组网的研究成果相对较少。与传统微波无线通信相比，OWC其特有的节点度数受限、链路不稳定、以及拓扑结构易变化等特点增加了其组网的难度。因此，作为组网的首要步骤，拓扑构建就显得至关重要。
　　本文提出了一种基于泰森多边形的拓扑形成算法（ Tyson Polygon Based Topology Control Algorithm，TPBTCA），简称 TPB算法。该算法以图论中泰森多边形为基础构建簇结构，采用分层式网络结构，其中上层拓扑是由簇头节点形成的骨干网络，下层拓扑是非簇头节点根据泰森多边形接入形成的接入网络。该算法的优点是在节点度数受限的情况下构建具有较高代数连通度的网络拓扑结构图，有效解决节点移动带来的全局拓扑结构变化问题。
　　文章针对 TPB算法设计了适用于 OWC的节点模型、能量模型和网络模型。以这些模型为基础，文章着重描述了 TPB算法。TPB算法包含三个子算法：上层节点拓扑结构形成算法、下层节点接入算法以及移动管理算法。三个子算法分别针对网络拓扑形成的不同阶段。除此之外，文章还提出了基于子节点个数和边选择权值的双重拓扑优化准则，有效避免了子节点个数过多影响网络能量均衡的问题。
　　最后，文章对基于 TPB算法的 OWC网络拓扑结构图进行了仿真，并与最小生成树算法（MST）进行了对比。结果显示，在相同条件下，TPB算法在代数连通度、平均节点度、以及簇头节点平均剩余能量等方面都有所提高。在此基础之上，文章比较了不同拓扑更新周期下的泰森多边形结构，仿真结果进一步验证了泰森多边形的局部动态性可以最大程度减小节点移动带来的网络拓扑结构变化。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.3论文的主要内容

1.4论文主要工作

第二章无线激光通信系统概述

2.1大气信道分析模拟

2.2 APT技术

2.3网络拓扑结构

2.4本章小结

第三章网络拓扑形成

3.1基于图谱理论的拓扑形成

3.2泰森多边形

3.3算法模型搭建

3.4本章小结

第四章基于泰森多边形的网络拓扑形成算法

4.1上层节点拓扑结构形成算法

4.2下层节点接入算法

4.3移动管理算法

4.4竞争解决

4.5本章小结

第五章算法仿真与分析

5.1相关参数设定

5.2 TPB算法仿真

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1研究总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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